1、回顧：原子核的組成回顧：原子核的組成 原子核是由質子和中子原子核是由質子和中子組成組成的，質子和中子統的，質子和中子統稱為稱為核子核子第五節第五節 核力與結合能核力與結合能提出問題：提出問題：質子間存在著巨質子間存在著巨大的庫侖斥力，那為什么質大的庫侖斥力，那為什么質子沒有被排斥開，反而還緊子沒有被排斥開，反而還緊緊的結合在一起呢？緊的結合在一起呢？猜想：猜想：萬有引力？萬有引力？m1410一一 核力及其性質核力及其性質質子相互間距質子相互間距r的數量級為的數量級為10-15m；質子質量；質子質量m的數量級的數量級為為10-27kg，質子電量，質子電量e的數量級為的數量級為10-19C；萬有引

2、力常量；萬有引力常量G的數量級為的數量級為10-11，靜電力常量靜電力常量k的數量級為的數量級為109。估算兩估算兩質子間質子間庫侖斥力庫侖斥力與與萬有引力萬有引力之比？之比？萬庫FF解：解：結論：結論：原子核中的質子要靠自身的萬有引力來原子核中的質子要靠自身的萬有引力來抗衡相互間的庫侖斥力是不可能的。抗衡相互間的庫侖斥力是不可能的。再猜想：再猜想：在核子之間一定存在著第三種力，使核在核子之間一定存在著第三種力，使核子能緊密的結合在一起子能緊密的結合在一起核力核力227112199222222)10(1010(10/）GmkerGmrke36101、核子之間的強相互作用力叫、核子之間的強相互作

3、用力叫_。2、其主要特點、其主要特點_,_,_.閱讀教材，回答下列問題：閱讀教材，回答下列問題：1、核力、核力：核子之間存在的強相互作用力。核子之間存在的強相互作用力。2、核力的性質：、核力的性質：（1）核力是）核力是強相互作用強相互作用（強力）（強力），在原子核尺度內，核，在原子核尺度內，核力比庫侖力大得多。力比庫侖力大得多。（2）核力是）核力是短程力短程力，作用范圍在，作用范圍在1.510-15m之內。核力之內。核力在大于在大于0.810-15m時表現為吸引力，且隨距離增大而減小，時表現為吸引力，且隨距離增大而減小，超過超過1.510-15m ，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小，核力急劇下

4、降幾乎消失；而在距離小于于0.810-15m時，核力表現為斥力，因此核子不會融合在時，核力表現為斥力，因此核子不會融合在一起。一起。（3）核力具有）核力具有飽和性飽和性，每個核子只跟鄰近的核子發生核，每個核子只跟鄰近的核子發生核力作用。力作用。一一 核力及其性質核力及其性質1.1.萬有引力：萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨領風騷獨領風騷”。是引力使行星繞恒星轉動，并且聯系著星系團，決定了宇是引力使行星繞恒星轉動，并且聯系著星系團，決定了宇宙的現狀和未來。宙的現狀和未來。四四種種基基本本相相互互作作用用3.3.強相互作用：強相互作用：在原子核內，強力將核子束縛在

5、一起。在原子核內，強力將核子束縛在一起。2.2.電磁力：電磁力：在原子核外，電磁力使電子結合成分子，使在原子核外，電磁力使電子結合成分子，使分子結合成液體與固體。分子結合成液體與固體。電磁力和萬有引力都是電磁力和萬有引力都是“長程力長程力”，即它們可以作用到，即它們可以作用到無限遠的距離，當然距離越遠，力就越小無限遠的距離，當然距離越遠，力就越小4.4.弱相互作用：弱相互作用：弱相互作用是引起原子核弱相互作用是引起原子核衰變衰變的原因，的原因，即引起即引起中子質子中子質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力，轉變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，為其力程比強力更短，為10101818

6、m m，作用強度則比電磁力小。，作用強度則比電磁力小。 物理學家一直夢想將自然界的四種相互作用納入某種統一物理學家一直夢想將自然界的四種相互作用納入某種統一的理論中，愛因斯坦為此做了大半生的努力，但沒有成功。的理論中，愛因斯坦為此做了大半生的努力，但沒有成功。氘核）( H2 1 氦核）(He4 2 碳核）( C12 6 二、原子核中質子和中子的比例二、原子核中質子和中子的比例氧核）( O16 8 釷核）Th(234 90 鈾核）(23892U二、原子核中質子和中子的比例二、原子核中質子和中子的比例 不能不能；由于；由于核力的作用范圍是有限核力的作用范圍是有限的，的，以及以及核力的飽和性核力的飽

7、和性，如果我們繼續增大原子，如果我們繼續增大原子核，一些核子間的距離會核，一些核子間的距離會大到大到其間根本其間根本沒有沒有核力核力的作用，這時即使再增加中子，形成的的作用，這時即使再增加中子，形成的核也一定是不穩定的。核也一定是不穩定的。二、原子核中質子和中子的比例二、原子核中質子和中子的比例宏觀模型：宏觀模型：相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉化為動能最后撞在一起，動能變成動速度越來越大，引力勢能轉化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內能散失掉了。兩個物體為了結合而付出了代價失去它們的內能散失掉了。兩個物體

8、為了結合而付出了代價失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。 要將原子核拆散成單個核子，也一定需要的能量。要將原子核拆散成單個核子，也一定需要的能量。根據功能關系，理由是什么？根據功能關系，理由是什么？三、結合能三、結合能微觀模型：微觀模型：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的開，也需要能量，這就是原子核的結合能結合能。 三、三、 結合能結合能結合能：結合能：將原子核拆分成單個核子需要吸收的能量將原子核拆分成單個核子需要吸收的能量

9、將單個核子結合成原子核所要放出將單個核子結合成原子核所要放出的能量的能量類比分析：類比分析：要使基態氫原子電離，也就是要從氫原子要使基態氫原子電離，也就是要從氫原子中把電子剝離，需要通過碰撞、照射光子中把電子剝離，需要通過碰撞、照射光子等途徑讓它得到等途徑讓它得到13.6eV 13.6eV 的能量。這個能量的能量。這個能量實際上就是電子與氫原子核的結合能，不實際上就是電子與氫原子核的結合能，不過通常把它叫做氫原子的電離能，而過通常把它叫做氫原子的電離能，而結合結合能一詞只用在原子核中能一詞只用在原子核中 三、三、 結合能結合能 -0.85n2341E（eV） -3.40 -1.510-13.6

10、0m rv 當核子當核子結合結合成原子核時要成原子核時要放出放出一定能量；原一定能量；原子核子核分解分解成核子時，要成核子時，要吸收吸收同樣的能量。這個能同樣的能量。這個能量叫做量叫做原子核的結合能原子核的結合能。 結合能并結合能并不是不是由于核子結合成原子核而由于核子結合成原子核而具有具有的能量，的能量，而是而是為把核子分開而為把核子分開而需要需要的能量。的能量。 組成原子核的組成原子核的核子數核子數，組成原子核的，組成原子核的核子核子數越多，結合能越大。數越多，結合能越大。三三 結合能結合能如何才能反映原子核的穩定程度？如何才能反映原子核的穩定程度？U-235Li-6結合能越大原子核是不是

11、越難被拆散？即：結結合能越大原子核是不是越難被拆散？即：結合能的大小能不能反映原子核的穩定程度？合能的大小能不能反映原子核的穩定程度？三三 結合能結合能1）概念：）概念：原子核的結合能與核子數之比原子核的結合能與核子數之比稱做比結稱做比結合能，合能，也叫也叫平均結合能平均結合能。2）理解：）理解：核子結合成原子核時，平均每個核子核子結合成原子核時，平均每個核子所釋放的結合能，它也等于把原子核拆散成每個所釋放的結合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界提供給每個核子的平均能量。核子時，外界提供給每個核子的平均能量。 比結合能比結合能結合能結合能核子數核子數=3）意義：）意義： 它反映了一個原

12、子核穩定程度。比結它反映了一個原子核穩定程度。比結合能越大，原子核越穩定。合能越大，原子核越穩定。如何才能反映原子核的穩定程度？如何才能反映原子核的穩定程度？比結合能：比結合能： (1) 物體具有的能量跟它的質量存在著簡單正比物體具有的能量跟它的質量存在著簡單正比關系關系.對質能方程對質能方程E=mc2的理解：的理解：質能方程質能方程 E=mcE=mc2 2（2）任何質量為）任何質量為m的物體都具有大小相當于的物體都具有大小相當于mc2的能量。的能量。（3）物體的質量發生變化，相對應的能量也會）物體的質量發生變化，相對應的能量也會變化。變化。如何求解原子核的結合能？如何求解原子核的結合能？如何

13、求解原子核的結合能？如何求解原子核的結合能？HHn211110反應前質量反應前質量/kg反應后質量反應后質量/kgmn1.67491027m氘氘3.34361027mp1.67261027總質量總質量總質量總質量3.343610273.3475 1027在物理上，原子核的質量總是小于組成它的核子的質量在物理上，原子核的質量總是小于組成它的核子的質量之和，這個現象叫做之和，這個現象叫做質量虧損。質量虧損。 如何應用質能方程求解如何應用質能方程求解原子核的結合能？原子核的結合能？ 四、質能方程四、質能方程 E=mc2HHn211110反應前質量反應前質量/kg反應后質量反應后質量/kgmn1.67

14、491027mD3.34361027mp1.67261027總質量總質量總質量總質量3.343610273.3475 1027m=(mm=(mn n+m+mp p-m-mD D)=0.0039 )=0.0039 1027kg28 272)10 (3.010 0.0039=mc =EJ131051. 3MevMev19. 210106 . 11051. 361913四、質能方程四、質能方程 E=mc2計算結合能時，先計算計算結合能時，先計算質量虧損質量虧損m m，再帶入，再帶入質能方程求出結合能質能方程求出結合能2mcE2mcE計算結合能時，先計算計算結合能時，先計算質量虧損質量虧損m m，在帶

15、入，在帶入質能方程求出結合能質能方程求出結合能計算任意核反應中釋放計算任意核反應中釋放的核能，先計算質量虧的核能，先計算質量虧損損m m，再帶入質能方，再帶入質能方程求出核能。程求出核能。核能核能質量虧損質量虧損四、質能方程四、質能方程 E=mc2【討論與交流【討論與交流】1、質量和能量是兩個完全不同的概念，它們表征的對象、質量和能量是兩個完全不同的概念，它們表征的對象不同，相互之間不能轉化。不同，相互之間不能轉化。下面說法是否正確。并說明理由。下面說法是否正確。并說明理由。由質能方程由質能方程E=mc2，可推得，可推得E=mc2,這說明質量就是能這說明質量就是能量，質量可以轉化為能量。量，質

16、量可以轉化為能量。2、質能方程揭示了質量與能量的不可分割性，方程建立、質能方程揭示了質量與能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數值上的關系，質量虧損對應能量釋放。了這兩個屬性在數值上的關系，質量虧損對應能量釋放。但決不是這兩個量相互轉化。但決不是這兩個量相互轉化。四、質能方程四、質能方程 E=mc2 中等大中等大小的核最小的核最穩定穩定，因，因為這些核為這些核的的比結合比結合能最大能最大（平均每平均每個核子的個核子的質量虧損質量虧損最大最大）。）。猜想獲得核能的途徑？猜想獲得核能的途徑？ 課堂小結課堂小結一、核力一、核力二、原子核中質子數與中子的比例關系二、原子核中質子數與中子的比例關系三

17、、結合能和比結合能三、結合能和比結合能四、質量虧損四、質量虧損例1、碳原子質量的1/12叫做原子質量單位，用u表示。試證明1u相當于931.5MeV。證明： 碳原子的摩爾質量為碳原子的摩爾質量為M=12g/molM=12g/mol，所以，所以一個碳一個碳原子質量原子質量為為m=M/NA=1.993m=M/NA=1.9931010-26-26kgkg 所以所以1u=m/12=M/12NA=1.66061u=m/12=M/12NA=1.66061010-27-27kgkg 代入公式代入公式E=mcE=mc2 2得：得： E=1.4924E=1.49241010-10-10J=931.5MeVJ=931.5MeV 得證得證四